[发明专利]振荡器的相位控制

说明书

本发明涉及同步振荡器领域，尤其涉及具有用于产生按比例放大的(upwardly scaled)控制电压的相位检测器的锁相环。

许多压控振荡器(VCO)、尤其是晶体振荡器(VCXO)，由变容二极管控制。变容二极管可以描述为一个反向偏压二极管，该反向偏压二极管展示出依赖于加在其上的反向偏压的幅度的电容。振荡器的谐振频率可以由偏压控制。不足以实现一给定操作频率或频率范围的偏压会带来严重的问题。这种情况显示在图6中，显示了一个锁相环。一相位检测器56将水平振荡器和水平同步部件的输出作为各个输入。电流在相位检测器的输出和积分器58之间流动，积分器58常常由所示的两个电容和电阻形成。

变容二极管62控制压控振荡器64。变容二极管例如需要高至+15伏DC的偏压，但是由积分器58开发的控制电压太小。因此，运算放大器插在积分器58和变容二极管62之间来按比例放大，也就是将控制电压的幅度增加到15伏、运算放大器的电源电压。对于单独的换算器(scaler)的需要增加了锁相环的复杂性和成本，并且此外还需要重新设计每一个锁相环。

对于相位检测器，有一个长期的需要，就是能在各种电压和/或在电压的不同范围上直接提供控制电压。此外，有一个长期需要，就是提供可以以一个简化的、价廉的结构使用这样一个相位检测器的锁相环，它可以容易地被修改以适应不同的所期望的电压和电压范围。

根据本发明的结构，相位检测器的输出可以有利地直接产生VCO或VCXO变容二极管所需的电压范围。

根据本发明的结构的锁相环包括：需要具有给定偏压的控制信号用于产生一个时钟信号的装置；用于开发控制信号的一个积分器；一外部同步信号源；定义与给定偏压有关的电压电势的第一和第二电压源；连接到第一和第二电压源并响应时钟信号以开发一重新产生的具有由电压电势确定的峰峰电压的时钟信号的第一开关；以及，一第二开关，响应外部同步信号以周期性地采样重新产生的时钟信号的部分并将所采样到的部分连接到积分器，所采样的部分对积分器充电和放电以产生具有足够大幅度的控制电压来提供给定的偏压，从而时钟信号产生装置与外部同步信号同步。

锁相环可以有利地进一步包括：开发第一控制电压的积分器；第二控制电压源；一第三开关，在积分器和时钟信号产生装置之间定义了一个第一可变换(switchable)路径，并且在第二控制电压源和积分器之间定义了一个第二可变换路径，第一或第二可变换路径响应于控制电压源选择信号而闭合。第一控制电压可以连接到用于锁相操作模式的时钟信号产生装置，第二控制电压可以连接到用于未锁相操作模式的时钟信号产生装置。

第一、第二和第三开关有利地可以是模拟半导体开关，并且进一步地，可以在一积分电路中实施。

图1是依据本发明结构的相位检测器的用方框形式部分地表示的电路图。

图2显示了用于说明图1中相位检测器操作的波形。

图3是包括依据本发明结构的相位检测器的切换源水平同步系统的方框图。

图4是说明图3中相位检测器和源开关的操作的电路图。

图5显示了用于说明图3中相位检测器的操作的波形。

图6显示了包括相位检测器和用于驱动变容二极管的振幅换算器的现有技术结构。

依据本发明的结构，具有电压换算器的添加功能的相位检测器满足现有技术的长期需要来改进和简化锁相环的设计。结束了对单独的电压换算电路的需要。

图1显示了使用依据本发明结构的相位检测器将压控振荡器同步为视频信号的水平同步分量的锁相环10。压控振荡器(VCO)或压控晶体振荡器(VCXO)20由变容二极管50控制。此变容二极管需要一特定电压或电压范围来保证振荡器可以获得期望的操作频率。在此情况下，变容二极管需要的电压是+15伏DC。变容二极管50由积分器16开发的控制电压控制。积分器16由包括多个模拟开关的相位检测器14的输出电流充电和放电。例如，术语模拟开关想要包括可以在集成电路中实施的那种半导体开关。合适的集成电路的一个例子是多模拟开关集成电路，例如CD4053B模拟多路复用器U1或其等效物。相位检测器具有用于接收振荡器输出的第一输入。此输入是开关A的控制管脚。为了保证开关的正确操作，水平振荡器输出信号变换晶体管Q1开和关，晶体管Q1操纵此开关。相位检测器具有用于接收视频信号的水平同步分量的第二输入。此输入是开关B的控制管脚。为了保证开关的正确操作，水平振荡器输出信号变换晶体管Q1开和关，晶体管Q1操纵此开关。